(57)【要約】【課題】高速電子による有機膜の改質効果を十分に発揮することができるプラズマエッチング方法を提供すること。【解決手段】プラズマエッチングによりエッチング対象膜にホールを形成するにあたり、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、第１の直流電源から、第１条件の期間よりも第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加する。【選択図】図５
2010219491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源を具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源を具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、必要に応じて前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第１段階を行い、
その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加する第２段階を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、
前記第１段階において、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的にバイアスを印加し、
前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記第１の条件および前記第２の条件の期間、前記直流電源から負の直流電圧を印加することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記第１の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加せず、前記第２の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記下部電極に正の直流電圧を印加する第２の直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、少なくとも前記第２条件の期間に前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、前記第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることを特徴とする請求項７に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記下部電極に正の直流電圧を印加する第２の直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、必要に応じて前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第１段階を行い、
その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、少なくとも前記第２条件の期間に前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、前記第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加する第２段階を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、
前記第１段階において、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的にバイアスを印加し、
前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることを特徴とする請求項９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１１】
前記第１の条件の期間および前記第２の条件の期間に、前記第１の直流電源から前記上部電極へ負の直流電圧を印加することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
前記第２の条件の期間に、前記下部電極に対して、前記正の直流電圧を１回だけパルス状に印加することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
前記正の直流電圧を、前記第２の条件の開始時点から１０〜３０μｓｅｃ後にパルス状に印加することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
前記第２の条件の期間に、前記上部電極に印加する負の直流電圧の絶対値を、前記第１の条件よりも大きくすることを特徴とする請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１５】
前記第１の条件と前記第２条件との繰り返しは、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから印加される高周波電力のパワーをパルス状にして行われることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１６】
前記被処理体のエッチング対象膜が絶縁膜であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１７】
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、
前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、
前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１８】
前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、
前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１９】
前記制御部は、前記第１の条件および前記第２の条件の期間、前記直流電源から負の直流電圧を印加するように制御することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記第１の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加せず、前記第２の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２１】
被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、
前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、
前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、
前記下部電極に正の直流電圧を印加する第２の直流電源と、
前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返すとともに、少なくとも前記第２条件の期間に前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、前記第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２２】
前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、
前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２３】
前記制御部は、前記第１の条件の期間および前記第２の条件の期間に、前記第１の直流電源から前記上部電極へ負の直流電圧を印加するように制御することを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２４】
前記制御部は、前記第２の条件の期間において、前記下部電極に対して、前記正の直流電圧を１回だけパルス状に印加するように制御することを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２５】
前記制御部は、前記第２の条件の期間に、前記上部電極に印加する負の直流電圧の絶対値を、前記第１の条件よりも大きくするように制御することを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２６】
コンピュータ上で動作し、プラズマエッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマエッチングを施すプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置および記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを生成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。
【０００５】
具体的には、プラズマ形成用の相対的に高い周波数の高周波電力と、イオン引き込み用の相対的に低い周波数の高周波電力を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である（例えば特許文献１）。そして、この種のエッチングでは、プラズマ中で正イオンが支配的となる処理ガスを用いてエッチングが行われる。
【０００６】
一方、近年の微細加工の要求に対応して、エッチングマスクとして用いられるフォトレジストの膜厚が薄くなり、使用されるフォトレジストもより短波長のＡｒＦガスを発光源としたレーザー光で露光するＡｒＦフォトレジストが用いられるようになっているが、このＡｒＦレジストは耐プラズマ性が低く良好なエッチング選択比でエッチングホールを形成することができないという不都合が生じている。
【０００７】
このような不都合を解消する技術として、特許文献２には、上記容量結合型平行平板プラズマエッチング装置の上部電極に直流電圧を印加することにより、半導体ウエハに高速電子を入射させ、ＡｒＦフォトレジスト等のエッチング耐性の低い有機マスクを改質することが開示されている。
【０００８】
しかしながら、このような高速電子による有機マスクの改質効果は、半導体ウエハ上のプラズマシース厚に依存している。すなわち、高周波バイアスパワーが低く、プラズマシース厚が薄いプロセスにおいては十分な効果が得られるが、高い高周波バイアスパワーの場合には、プラズマシース厚が厚くなり、高速電子はプラズマシースで反射するため、半導体ウエハへの入射は困難となる。このため、高速電子による有機マスクの改質効果を十分に発揮することができない。
【０００９】
また、近時、半導体デバイスの微細化が進み、アスペクト比が２０以上のＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）エッチングが求められており、最近では次世代ＨＡＲＣとしてアスペクト比４０を超えるような非常に高いアスペクト比のエッチングが要求されるに至っている。
【００１０】
このようなＨＡＲＣエッチングにおいては、エッチングマスクであるフォトレジストは負に帯電しており、エッチング初期にはエッチング面において電荷が中和しているが、エッチングが進行してアスペクト比が高くなると、ホールの底に正イオンがたまりエッチング面が正に帯電するようになる。このため、エッチングの促進に大きな役割を持つ正イオンがホール内で反発により曲がってしまい、エッチング形状の曲がりや歪みが生じるようになる。また、このようにホールの底が正に帯電することにより、シェーディングダメージが懸念される。さらに、正イオンがホール底部に到達し難くなるため、エッチングレートの低下がもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１７３９９３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高速電子による有機膜の改質効果を十分に発揮することができるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
また、形状性良くかつ高いエッチングレートで被エッチング膜をエッチングして高アスペクト比のホールを形成することができるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
さらに、このようなプラズマエッチング方法を実行させるプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源を具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１４】
上記第１の観点において、前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源を具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、必要に応じて前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第１段階を行い、その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加する第２段階を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１６】
上記第２の観点において、前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、前記第１段階において、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的にバイアスを印加し、前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることが好ましい。
【００１７】
上記第１の観点および第２の観点において、前記第１の条件および前記第２の条件の期間、前記直流電源から負の直流電圧を印加するようにしてもよいし、前記第１の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加せず、前記第２の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の第３の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記下部電極に正の直流電圧を印加する第２の直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、少なくとも前記第２条件の期間に前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、前記第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１９】
上記第３の観点において、前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせるようにすることが好ましい。
【００２０】
本発明の第４の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記下部電極に正の直流電圧を印加する第２の直流電源とを具備するプラズマエッチング装置を用いて、エッチング対象膜にホールを形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから高周波電力を連続的に供給して前記処理容器内にプラズマを生成し、必要に応じて前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加する第１段階を行い、その後、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、少なくとも前記第２条件の期間に前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、前記第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加する第２段階を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２１】
上記第４の観点において、前記プラズマエッチング装置は、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、前記第１段階において、前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットから連続的にバイアスを印加し、前記第２段階において、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることが好ましい。
【００２２】
上記第３および第４の観点において、前記第２の条件の期間に、前記下部電極に対して、前記正の直流電圧を１回だけパルス状に印加することが好ましい。この場合に、前記正の直流電圧を、前記第２の条件の開始時点から１０〜３０μｓｅｃ後にパルス状に印加することが好ましい。また、前記第２の条件の期間に、前記上部電極に印加する負の直流電圧の絶対値を、前記第１の条件よりも大きくすることが好ましい。
【００２３】
上記第１から第４の観点において、前記第１の条件と前記第２条件との繰り返しは、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットから印加される高周波電力のパワーをパルス状にして行うことができる。前記被処理体のエッチング対象膜の典型例としては絶縁膜を挙げることができる。
【００２４】
本発明の第５の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００２５】
上記第５の観点において、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることが好ましい。
【００２６】
また、前記制御部は、前記第１の条件および前記第２の条件の期間、前記直流電源から負の直流電圧を印加するように制御してもよいし、前記第１の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加せず、前記第２の条件の期間に前記第１の直流電源から負の電圧を印加するように制御してもよい。
【００２７】
本発明の第６の観点では、被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように前記処理容器内に配置された上部電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記上部電極または下部電極の少なくとも一方にプラズマ生成用の高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電力印加ユニットと、前記上部電極に負の直流電圧を印加する第１の直流電源と、前記下部電極に正の直流電圧を印加する第２の直流電源と、前記プラズマ生成用の高周波電力印加ユニットを制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返すとともに、少なくとも前記第２条件の期間に前記第１の直流電源から負の直流電圧を前記上部電極に印加し、前記第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加するように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００２８】
上記第６の観点において、前記下部電極にバイアス印加用の高周波電力を印加するバイアス印加用高周波電力供給ユニットをさらに具備し、前記制御部は、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることが好ましい。また、前記制御部は、前記第１の条件の期間および前記第２の条件の期間に、前記第１の直流電源から前記上部電極へ負の直流電圧を印加するように制御することが好ましい。さらに、前記制御部は、前記第２の条件の期間において、前記下部電極に対して、前記正の直流電圧を１回だけパルス状に印加するように制御することが好ましい。さらに、前記制御部は、前記第２の条件の期間に、前記上部電極に印加する負の直流電圧の絶対値を、前記第１の条件よりも大きくするように制御することが好ましい。
【００２９】
本発明の第７の観点では、コンピュータ上で動作し、プラズマエッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１から第４の観点のいずれかのプラズマエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマエッチング装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、前記プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして前記処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、前記第１の直流電源から、前記第１条件の期間よりも前記第２条件の期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加するので、プラズマが消滅してプラズマシースが薄い第２の条件の期間に、より絶対値の大きい直流電圧を印加して多くの２次電子が生成され、この２次電子が基板に存在する有機膜を改質し、有機膜の強化を図ることができる。また、バイアス印加用高周波電力を下部電極に印加する場合に、特にプラズマシースが厚くなるが、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットのオン・オフに同期して前記バイアス印加用高周波電力供給ユニットをオン・オフさせることにより、プラズマが消滅した第２条件の際にプラズマシースを消滅させることができ、有機膜に２次電子を有効に供給することができる。
【００３１】
また、このようにプラズマを消滅させる第２条件のときに、第１の直流電源から上部電極に印加されている絶対値の大きい負の直流電圧によって、より多くの２次電子が生成するとともに大きく加速され、シースによる反発を受けることなくホール内へ入射され、また、プラズマの消滅にともなって生成した負イオンも、同じく絶対値の大きな負の直流電圧によって大きく加速され、プラズマシースによる反発を受けることなくホール内に入射される。このため、プラズマオフの期間に、多くの２次電子および負イオンをコンタクトホール１３３内に供給することができ、コンタクトホール内の正の電荷を中和することができる。その後に第１の条件でプラズマを生成した際に、正イオンはホール内で曲がることなく進行する。このため、良好なエッチング形状を得ることができ、シェーディングダメージも解消される。
【００３２】
また、本発明によれば、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオンにして前記処理容器内にプラズマを生成する第１条件と、プラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにして処理容器内のプラズマを消滅させる第２条件とを交互に繰り返し、少なくとも第２条件の期間に第１の直流電源から負の直流電圧を上部電極に印加し、第２の条件の期間のみに前記第２の直流電源から正の直流電圧を前記下部電極に印加するので、第１条件によって形成されるプラズマ（グロープラズマ）中の正イオンによりエッチングを進行させ、第２条件のプラズマ生成用高周波電力印加ユニットをオフにした時点から数十μｓｅｃ間維持されるプラズマ（アフターグロープラズマ）の初期段階において第１の直流電源による負の直流電圧により加速された電子をホール内に供給し、アフターグロープラズマの中期〜後期においては、第２の直流電源による正の直流電圧により負イオンをホール内に引き込むことができる。このため、極めて有効に電子および負イオをホール内に入射させることができ、ホール内の正電荷を確実に中和することができるので、その後に第１の条件でプラズマを生成した際に、正イオンはホール内で曲がることなく進行する。このため、アスペクト比が４０以上のＨＡＲＣにおいても、良好なエッチング形状を得ることができ、シェーディングダメージも解消され、さらにエッチングが進行してアスペクト比が高くなることによるエッチングレート低下を抑制することができる。
【００３３】
また、このように第２の直流電源で正の直流電圧を下部電極に印加することにより、アフターグロープラズマの間にもホール内に負イオンを引き込んでエッチングを進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施することが可能なプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された第１の整合器の構造を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法が適用される被処理体である半導体ウエハの構造例を示す断面図。
【図４】プラズマシースが厚い場合における、上部電極で負の直流電圧印加により発生した２次電子の挙動を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法における第１の高周波電源、第２の高周波電源、および第１の直流電源の状態を示すタイミングチャートである。
【図６】プラズマシースが存在しない場合における、上部電極で負の直流電圧印加により発生した２次電子の挙動を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法における高周波電力のオン・オフとウエハへの入射電子電流との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法における第１の高周波電源、第２の高周波電源、および第１の直流電源の状態の他の例を示すタイミングチャートである。
【図９】図１の装置の第１の直流電源の他の例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施することが可能なプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法が適用される被処理体である半導体ウエハの構造例を示す断面図である。
【図１２】エッチング初期の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】エッチングが進行した段階の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階におけるプラズマオン・オフの際のプラズマ電子温度（Ｔｅ）、電子密度（Ｎｅ）、負イオン密度（Ｎ−）を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階における第１の高周波電源、第１の直流電源、第２の直流電源の状態を示すタイミングチャートである。
【図１６】本発明の第２の実施形態における第２段階において、プラズマ生成用の第１の高周波電源をオフした際の状態を説明するための模式図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態における第２段階において、プラズマ生成用の第１の高周波電源をオフした後にオンにした状態を説明するための模式図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階においてプラズマ生成用の第１の高周波電源のオン・オフに同期してバイアス印加用の第２の高周波電力をオン・オフする好ましい形態を示す図である。
【図１９】プラズオフ時に高周波バイアスを印加した際の状態を示す模式図である。
【図２０】プラズマオフ時に高周波バイアスをオフした際の状態を示す模式図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階における第１の高周波電源、第１の直流電源の状態を示すタイミングチャートである。
【図２２】本発明の第３の実施形態に係るプラズマエッチング方法の第２段階においてプラズマ生成用の第１の高周波電源のオン・オフに同期してバイアス印加用の第２の高周波電力をオン・オフする好ましい形態を示す図である。
【図２３】本発明のプラズマエッチング方法を実施することが可能な他のプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【図２４】図２３のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された第１の整合器の構造を示す図。
【図２５】本発明の方法を実施可能なさらに他のプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００３６】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施することが可能なプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図である。
【００３７】
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。
【００３８】
チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。
【００３９】
サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００４０】
静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
【００４１】
サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。
【００４２】
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００４３】
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
【００４４】
この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えばアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。
【００４５】
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている（ＭＦＣの代わりにＦＣＳでもよい）。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００４６】
上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａを介して第１の直流電源５０が電気的に接続されている。第１の直流電源５０は、負極が上部電極３４側となるように接続されており、上部電極３４に負（マイナス）の電圧を印加するようになっている。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａは後述する第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。
【００４７】
チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられている。
【００４８】
下部電極であるサセプタ１６には、第１の整合器４６を介して、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第１の整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４６の給電ライン９６から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ９７と、給電ライン９６のその分岐点の第１の高周波電源４８側に設けられた第２の可変コンデンサ９８と、分岐点の反対側に設けられたコイル９９とを有している。
【００４９】
下部電極であるサセプタ１６には、また、第２の整合器８８を介して第２の高周波電源９０も電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極であるサセプタ１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷにバイアスが印加され半導体ウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば３ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００５０】
第１の直流電源５０、第１の高周波電源４８、第２の高周波電源９０、第１の整合器４６および第２の整合器８８は、電源コントローラ９５に電気的に接続されており、これらは電源コントローラ９５により制御されるようになっている。
【００５１】
具体的には、電源コントローラ９５は、第１の高周波電源４８のオン・オフおよび出力の制御が可能となっており、第１の高周波電源４８を連続的にオンにしてプラズマを生成する状態、および交互にオン・オフし、例えばパルス状として、プラズマが存在している状態とプラズマが消滅した状態を交互に形成する状態に制御することが可能となっている。また、バイアス用の第２の高周波電源９０のオン・オフおよび出力の制御も可能となっており、プラズマ処理中に所定の出力で連続的にバイアスを印加する状態、および第２の高周波電源９０の出力を第１の高周波電源４８のオン・オフに同期して、例えばパルス状に出力を制御することが可能となっている。さらに、電源コントローラ９５は、第１の直流電源５０のオン・オフ制御および電流・電圧制御を行うことが可能となっている。
【００５２】
本実施形態の場合、通常のプラズマエッチングと異なり、第１の高周波電源４８は、高周波電力が所定周期でオン・オフされるモードの際に、電源コントローラ９５が、第１の整合器４６における整合動作をこのオン・オフに同期させて切り換えるように制御する。
【００５３】
この場合に、電源コントローラ９５は、第１の高周波電力供給ユニット４８をオン・オフモードで動作させているときには、可変コンデンサがオン・オフに追従できない場合には第１の整合器４６の動作を行わないように制御する。第２の整合器８８についても、基本的に第１の整合器４６と同様に構成されており、電源コントローラ９５は、第２の高周波電源９０の出力を第１の高周波電源４８のオン・オフに同期させて出力制御する際に、可変コンデンサがオン・オフに追従できない場合には第２の整合器８８の動作を行わないように制御する。
【００５４】
ただし、第１の整合器４６および第２の整合器８８の可変コンデンサの動作が十分に速い場合には、高出力の際に第１の整合器４６が第１の高周波電源４８の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように、また、第２の整合器８８が第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように制御してもよい。
【００５５】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
【００５６】
デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さの部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより異常放電防止効果を発揮する。なお、この導電性部材９１は、プラズマ生成領域に設けられていれば、その位置は図１の位置に限られず、例えばサセプタ１６の周囲に設ける等、サセプタ１６側に設けてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設ける等、上部電極近傍に設けてもよい。
【００５７】
プラズマ処理装置の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、さらには電源コントローラ９５等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を含む制御部（全体制御装置）１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、オペレータがプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。
【００５８】
さらに、制御部１００には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００５９】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。なお、本発明の実施の形態で述べるプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）は、この制御部１００を含むものとする。
【００６０】
次に、このように構成される図１のプラズマエッチング装置において行われる、第１の実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。
ここでは、例えば、図３に示すように、Ｓｉ基板１２０上に絶縁膜１２１が形成され、その上にエッチングマスクであるハードマスクとして例えば有機膜であるアモルファスカーボン膜１２２が形成され、さらにその上にフォトリソグラフィによりパターン化されたフォトレジスト膜（例えばＡｒＦレジスト膜）１２３がエッチングマスクとして形成された構造の半導体ウエハＷを準備し、絶縁膜１２１にプラズマエッチングを施す。
【００６１】
このようなプラズマエッチングを施すに際しては、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介して上記構成の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。この状態でゲートバルブ８６を閉じ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気しながら、処理ガス供給源６６から処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。そして、所定の高周波電力と直流電圧を印加してウエハＷに対してプラズマエッチングを行う。このとき、半導体ウエハＷは、直流電源２２から静電チャック１８の電極２０に直流電圧を印加することにより静電チャック１８に固定されている。
【００６２】
ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００６３】
このようなプラズマエッチングは、従来、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源４８から２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を印加し、かつ第２の高周波電源９０から４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、例えば３ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数のイオン引き込み用の高周波電力を連続的に印加し、さらに上部電極３４に可変直流電源５０から所定の直流電圧を連続的に印加する。
【００６４】
上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって、フォトレジスト膜１２３およびアモルファスカーボン膜１２２をマスクとして半導体ウエハＷの絶縁膜１２１がエッチングされる。
【００６５】
このとき、下部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加することで、ウエハにより近いところでプラズマを生成することができ、またプラズマが広い領域に拡散せず処理ガスの解離を抑えることができるので、チャンバ１０内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件であっても、エッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマ形成用の高周波電力の周波数が高い場合でも、比較的大きなイオンエネルギーを確保することができるので高効率である。また、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力とイオン引き込み用の高周波電力を別々に印加することで、プラズマエッチングに必要なプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能となる。したがって、高い微細加工性が要求されるエッチングの条件を満たすことが可能となる。  さらに、プラズマ生成用に２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを生成することができる。
【００６６】
そして、このようにプラズマが形成される際に、可変直流電源５０から上部電極３４に負の直流電圧を印加するので、プラズマ中の正イオンが上部電極３４に衝突してその近傍に二次電子を生成させ、その二次電子を鉛直方向下方へ加速させ、その加速された二次電子（高速電子）を被処理体である半導体ウエハＷに供給することができる。このとき、半導体ウエハＷに供給された電子は、エッチング耐性の低い有機膜であるフォトレジスト膜（特にＡｒＦフォトレジスト膜）１２３およびアモルファスカーボン膜を改質して強化することができる。
【００６７】
しかしながら、このような高速電子による有機マスクの改質効果は、半導体ウエハＷ上のプラズマシース厚に依存している。すなわち、エッチングの際には、第１の高周波電源４８からの高周波電力に加え高周波バイアス印加用の第２の高周波電源９０のからの高周波電力が印加されるため、図４に示すようにプラズマシース厚が厚くなり、これが障壁となって、フォトレジスト膜１２３に十分な電子を供給することができず、十分な改質効果を得ることができない。なお、図４の１２４はコンタクトホールである。
【００６８】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８を交互にオン・オフし、それに同期して第２のバイアス印加用の第２の高周波電源９０を交互にオン・オフして、図６に示すように、第１の高周波電源４８によるプラズマ（グロープラズマ）が生成した状態（プラズマオン）とグロープラズマが消失した状態（プラズマオフ）とを交互に繰り返し、第１の直流電源５０から上部電極３４に、プラズマのオン・オフに同期して、プラズマオンの期間よりもプラズマオフの期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加する。
【００６９】
上述したようなプラズマ処理が進行するプラズマオンの期間は、第１の高周波電源４８により生成されるプラズマのプラズマシースと、バイアス印加用の第２の高周波電源９０により生成されるプラズマシースとが合わさって、図４に示すように、非常に厚いプラズマシースが形成され、電子がプラズマシースで反射されてしまうが、プラズマオフの期間は、第１の高周波電源４８も、第２の高周波電源９０もオフとなっているので、プラズマシースはほぼ完全に消滅し、図６に示すように、二次電子（高速電子）を半導体ウエハＷに容易に到達させることができる。このため、主にフォトレジスト膜（特にＡｒＦフォトレジスト膜）１２３の改質・強化を有効に行うことができる。また、同じく有機マスクであるアモルファスカーボン膜１２２の改質・強化も有効に行うことができる。
【００７０】
したがって、本実施形態のように、プラズマオンとプラズマオフの期間を交互に形成し、第１の直流電源５０からの高周波電圧をプラズマオンの期間よりもプラズマオフの期間のほうが絶対値が大きくなるように印加することにより、プラズマオフの期間に多量の電子がフォトレジスト膜１２３およびアモルファスカーボン膜１２２への供給されることとなり、より有効にフォトレジスト膜１２３およびアモルファスカーボン膜１２２を強化することができる。
【００７１】
このような高周波（ＲＦ）電力のオン・オフにともなうプラズマのオン・オフと、半導体ウエハＷへの電子の入射量の指標である半導体ウエハＷへの入射電子電流（Ａ）との関係を図７に示す。この図に示すように、高周波（ＲＦ）電力をオフにしてプラズマオフとした期間は、入射電子電流が増加しており、プラズマオフの期間に多量の電子が供給されることがわかる。
【００７２】
プラズマオンの期間に印加する直流電圧は、形成しようとするプラズマに応じた値にすればよく、例えば０〜−３００Ｖ程度が例示される。また、プラズマオフの期間に印加する直流電圧は、プラズマオンの期間よりも絶対値が大きければよいが、フォトレジスト膜１２３等を改質する観点からは、その絶対値が大きければ大きいほどよく、上限は存在しない。ただし、装置の耐性を考慮すると、現実的には−２０００Ｖよりも絶対値が小さいことが好ましい。
【００７３】
プラズマオフの期間は、５０μｓｅｃ以下が好ましい。５０μｓｅｃを超えるとエッチングに寄与していない時間が長くなって効率が低下してしまう。
【００７４】
なお、図８に示すように、第１の直流電源５０からの直流電圧を、プラズマオンの期間にオフにし、プラズマオフの期間にオンにするようにしてもよい。
【００７５】
本実施形態は、ＡｒＦフォトレジスト膜のようなプラズマ耐性の低い有機膜が存在する場合の全てで適用可能であるが、特に、高Ｖppが必要になるＨＡＲＣプロセスに有効である。ＨＡＲＣプロセスでは、高Ｖppのため、Ｖdcも大きくなり、プラズマシース厚がより厚くなるからである。高ＶppのプロセスはＶppが３０００〜４０００Ｖ程度、Ｖdcが−１５００〜−２０００Ｖ程度である。また、上部電極のＶdcをＶdc(top)とし、下部電極のＶdcをＶdc(bottom)とすると、有機膜の改質効果を得るためには、Ｖdc(top)＞Ｖdc(bottom)の条件を満たすことが好ましい。
【００７６】
なお、本実施形態の方法を実施する装置としては、図１の装置の代わりに、図９に示すように、第１の直流電源を、プラズマオンの期間にそれに対応した相対的に低い直流電圧を印加する低電圧印加直流電源５０ａと、プラズマオフの期間にそれに対応した相対的に高い直流電圧を印加する高電圧印加直流電源５０ｂとを設け、スイッチ５１によりこれらを交互に切り替えるようにしたものを用いることができる。これにより、より簡易に直流電圧の切替を実施することができる。
【００７７】
次に、この実施形態の方法の効果を確認した実験について説明する。
ここでは、シリコン基板上に酸化膜が３０００ｎｍの厚さで成膜され、その上にマスクとしてのアモルファスカーボン膜が９００ｎｍの厚さで成膜され、その上にフォトリソグラフィによりパターン化されたＡｒＦフォトレジスト膜が形成されたサンプルを準備し、これについて、第１の高周波電源４８および第２の高周波電源９０を同期させてオン・オフし、第１の直流電源５０からの上部電極への直流電圧を−１５０Ｖとその絶対値を低いままにして連続して印加して酸化膜をエッチングした場合と、第１の高周波電源４８および第２の高周波電源９０をオフにしたときに、直流電圧を−１２００Ｖと絶対値を上昇させて酸化膜をエッチングした場合に、アモルファスカーボン膜の残存厚さを把握した。すなわち、有機膜であるＡｒＦフォトレジスト膜およびアモルファスカーボン膜の強化の度合いが高い場合には、プラズマエッチングの際のＡｒＦフォトレジスト膜の残存期間が長く、アモルファスカーボン膜のエッチング耐性も高いので、アモルファスカーボン膜の残存厚さが厚くなる。
【００７８】
この実験の結果、直流電圧を一定にし、連続的に印加してエッチングを行った場合には、アモルファスカーボン膜の残存膜厚が４３０ｎｍであったのが、本実施形態に基づいてパルス状に直流電圧を印加した場合にはアモルファスカーボン膜の残存膜厚が４８５ｎｍとなった。これにより本実施形態によりＡｒＦフォトレジスト膜およびアモルファスカーボン膜の強化の度合いが高くなることが確認された。
【００７９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施することが可能なプラズマエッチング装置の一例を示す概略断面図である。
【００８０】
図１０のプラズマエッチング装置は、下部電極であるサセプタ１６に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２ａを介して第２の直流電源５２が、正極がサセプタ１６側になるように接続されており、下部電極であるサセプタ１６に正（プラス）の電圧を印加するようになっている点、およびこの第２の直流電源５２が電源コントローラ９５により制御されるようになっている点が図１のプラズマエッチング装置に付加されており、それ以外は図１の装置と同様に構成されている。したがって、図１０において図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００８１】
次に、このように構成される図１０のプラズマエッチング装置において行われる、第２の実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。
ここでは、高アスペクト比のコンタクトホールのエッチング（ＨＡＲＣエッチング）を行う。例えば、図１１に示すように、Ｓｉ基板１３０上に絶縁膜１３１が形成され、その上のフォトリソグラフィによりパターン化されたフォトレジスト膜１３２がエッチングマスクとして形成された構造の半導体ウエハＷを準備し、絶縁膜１３１にＨＡＲＣエッチングを施す。
【００８２】
まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介して上記構成の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気しながら、処理ガス供給源６６から処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。この状態で、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源４８から２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの比較的高い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を印加し、かつ第２の高周波電源９０から４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、例えば３ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数のイオン引き込み用の高周波電力を連続的に印加し、さらに上部電極３４に可変直流電源５０から所定の直流電圧を連続的に印加して、半導体ウエハＷに対して第１段階のエッチングを行う。このとき、半導体ウエハＷは、直流電源２２から静電チャック１８の電極２０に直流電圧を印加することにより静電チャック１８に固定されている。
【００８３】
ここで、処理ガスとしては、上記実施形態１と同様、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００８４】
上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって半導体ウエハＷの絶縁膜１３１がエッチングされる。
【００８５】
このようにして形成されるプラズマによるエッチングの基本的な効果は上記第１の実施形態と同様である。
【００８６】
ところで、このようなエッチングは、プラズマ中の正イオンが支配的になって進行するが、エッチング初期では、エッチングにより形成されたコンタクトホール１３３は浅く、図１２に示すように、フォトレジスト膜１３２がプラズマ中の電子により負に帯電しており、電子がエッチング面に到達するため、正イオンがエッチング面に供給されても電荷が中和する。したがって、エッチングが正常に進行する。
【００８７】
しかしながら、エッチングが進行して行き、図１３に示すように、コンタクトホール１３３のアスペクト比が高くなってくると、電子はコンタクトホール１３３内に到達し難くなり、コンタクトホール１３３内には正イオンがたまって、エッチング面は正に帯電した状態となる。
【００８８】
この状態のままエッチングを進行させると、エッチングのためにコンタクトホール１３３内に進入した正イオンが、コンタクトホール１３３内の正の電荷との間の反発により曲がり、エッチング形状の曲がりや歪みが生じるようになる。また、コンタクトホール１３３の底部の正イオンによりシェーディングダメージが生じやすくなる。さらに、正イオンがホール底部に到達し難くなるため、エッチングレートの低下がもたらされる。特に、次世代ＨＡＲＣであるアスペクト比４０超のコンタクトホールを形成する場合には、このような不都合が顕著となる。
【００８９】
そこで、本実施形態では、ある程度エッチングが進行した後、以下のような第２の段階に切り替える。すなわち、第２の段階では、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８を交互にオン・オフして、図１４に示すように、第１の高周波電源４８によるプラズマ（グロープラズマ）が生成した状態（プラズマオン）とグロープラズマが消失した状態（プラズマオフ）を交互に繰り返し、プラズマオンおよびプラズマオフの双方の期間、第１の直流電源５０から上部電極３４に負の直流電圧を印加し、プラズマオフの期間に第２の直流電源５２から下部電極であるサセプタ１６に正の直流電圧を印加する。
【００９０】
この第２の段階において、第１の高周波電源４８をオフにしてグロープラズマをオフにした際に、プラズマ電子温度（Ｔｅ）が急激に低下し、電子密度（Ｎｅ）も低下していく。このとき失活した電子が分子に付着するため、電子密度（Ｎｅ）の減少にともなって負イオンは増加して行き、プラズマオフしてから所定期間経過後には負イオン密度（Ｎ−）が最高値に達する。
【００９１】
このため、本実施形態では、第１の直流電源５０および第２の直流電源５２を利用して、主に電子と負イオンをコンタクトホール１３３内に供給することによりコンタクトホール１３３内の正の電荷を中和する。具体的には、図１５に示すように、第１の高周波電源４８のオン・オフによるプラズマオンおよびプラズマオフの両方の期間において第１の直流電源５０から上部電極３４への負の直流電圧印加を行い、第１の高周波電源４８オフによるプラズマオフの期間に第２の直流電源５２からサセプタ１６への正の直流電圧印加を行う。
【００９２】
これにより、第１の高周波電源４８をオフにした時点から数十μｓｅｃ間維持されるプラズマ（アフターグロープラズマ）の初期段階においては、第１の高周波電源４８オフによってサセプタ１６上のプラズマシースが消滅していることにより、第１の直流電源５０から上部電極３４に印加されている負の直流電圧によって上部電極３４より生成・加速された２次電子およびグロープラズマオフにともなって生成した負イオンが、シースによる反発を受けることなくウエハＷに入射される。また、アフターグロープラズマの中期〜後期においては、下部電極であるサセプタ１６に第２の直流電源５２から正の直流電圧を印加することにより、負イオンをサセプタ１６に引き込む力が働く、すなわち、図１６に示すように、電子と負イオンは、上部電極３４への負の直流電圧印加によりサセプタ１６に向かうとともに、サセプタ１６への正の直流電圧印加により、サセプタ１６に引きこまれる。このため、電子と負イオンをコンタクトホール１３３内に確実に引き込むことができ、その中の正の電荷を中和することができる。
【００９３】
このように、第１の高周波電源４８をオンにしてプラズマ（グロープラズマ）生成による正イオンが支配的になるレジームと、第１の高周波電源４８をオフにして電子および負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成し、電子および負イオンが支配的になるレジームの際に、電子および負イオンをコンタクトホール１３３内に引きこませてコンタクトホール内の正電荷を中和するので、次に第１の高周波電源４８をオンにした際には、図１７に示すように、コンタクトホール１３３内の正電荷が少なく、正イオンはコンタクトホール１３３内を直進することが可能となり、エッチング形状を良好なものとすることができ、エッチングレートも高くすることができる。また、コンタクトホール１３３の底部に正電荷がたまらないので、シェーディングダメージも生じ難い。
【００９４】
第２の直流電源５２からの正の直流電圧は、図１５に示すように、プラズマオフの期間に１回だけパルス状に印加することが好ましい。負イオンを引き込むためには、このように１回だけパルス状に印加することで十分だからである。また、第２の直流電源５２からの正の直流電圧の印加は、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８をオフにしてから１０〜３０μｓｅｃ後に行うことが好ましい。この期間に負イオンが主に生成され、負イオンを引きこむ効果が高まる。また、図１５では、プラズマオフの期間に第１の直流電源５０から上部電極３４へ印加される直流電圧の絶対値を上昇させているが、これにより、プラズマオフの期間に二次電子の生成量を増加させることができ、二次電子により正イオンを中和する効果を発揮することができる。ただし、この際の直流電圧の絶対値は、プラズマ生成に寄与しない範囲に限定される。もちろんこの際の上部電極３４への負の直流電圧印加は、一定の値であってもよい。
【００９５】
本実施形態においても、第１の実施形態において図８で示したように、第１の直流電源５０からの直流電圧を、プラズマオンの期間にオフにし、プラズマオフの期間にオンにするようにしてもよい。
【００９６】
プラズマオフの期間に下部電極であるサセプタ１６に第２の直流電源５２から正の直流電圧を印加して、コンタクトホールに負イオンを引き込むことにより、アフターグロープラズマの際にも負イオンによるエッチングを進行させることができる。これにより、エッチングレートを高めることができる。また、第１の直流電源５０から負の直流電圧を上部電極３４に印加することにより発生した二次電子は、ホール内の電荷中和に寄与する。
【００９７】
プラズマオフの期間は、５０μｓｅｃ以下が好ましい。５０μｓｅｃを超えるとエッチングに寄与していない時間が長くなって効率が低下してしまう。
【００９８】
この第２段階においては、図１８に示すように、第１の高周波電源４８のオン・オフに同期して、バイアス印加用の第２の高周波電源９０をオン・オフすることが好ましい。第１の高周波電源４８をオフにしてプラズマが消滅している間に、第２の高周波電源９０が第１の出力であると、図１９に示すように、下部電極であるサセプタ１６上にかなりの厚さのプラズマシースが残存し、これが障壁となって、コンタクトホール１３３に到達する電子および負イオンの量が少ないものとなってしまう。このため、第１の高周波電源４８がオフでプラズマが消滅している期間は第２の高周波電源９０もオフにすることにより、図２０に示すように、電子および負イオンの障壁となるプラズマシースを完全になくすことができ、電子および負イオンをコンタクトホール１３３に十分に供給することができる。
【００９９】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、図１のプラズマエッチング装置を用いて、ＨＡＲＣエッチングを行う例を示す。例えば上記第２の実施形態と同様、図１１に示す構造の半導体ウエハＷの絶縁膜１３１にＨＡＲＣエッチングを施す。
【０１００】
ここでは、第１段階のエッチングを第２の実施形態と同様に行った後、第２の段階のエッチングを、プラズマオフの期間に第２の直流電源５２からの直流電圧の印加を行わない以外は、上記第２の実施形態の第２の段階のエッチングと同様にして行う。
【０１０１】
すなわち、図２１に示すように、第１の高周波電源４８によるプラズマ（グロープラズマ）が生成した状態（プラズマオン）とグロープラズマが消失した状態（プラズマオフ）を交互に繰り返し、これら双方の期間、第１の直流電源５０から上部電極３４に、プラズマのオン・オフに同期して、プラズマオンの期間よりもプラズマオフの期間のほうが印加電圧の絶対値が大きくなるように負の直流電圧を印加する。
【０１０２】
これにより、プラズマオンの期間は通常のエッチング処理が進行し、プラズマオフの期間は、第１の高周波電源４８をオフにした時点から数十μｓｅｃ間維持されるプラズマ（アフターグロープラズマ）の期間においては、第１の高周波電源４８オフによってサセプタ１６上のプラズマシースが消滅していることにより、第１の直流電源５０から上部電極３４に印加されている絶対値の大きい負の直流電圧によって、より多くの２次電子が生成するとともに大きく加速され、プラズマシースによる反発を受けることなくコンタクトホール１３３内へ入射される。また、グロープラズマオフにともなって生成した負イオンも、同じく絶対値の大きな負の直流電圧によって大きく加速され、シースによる反発を受けることなくコンタクトホール１３３内に入射される。このため、プラズマオフの期間に、多くの２次電子および負イオンをコンタクトホール１３３内に供給することができ、コンタクトホール内の正の電荷を中和することができる。
【０１０３】
このように、本実施形態においても、第２の実施形態と同様、第１の高周波電源４８をオンにしてプラズマ（グロープラズマ）生成による正イオンが支配的になるレジームと、第１の高周波電源４８をオフにして電子および負イオンが支配的になるレジームとを交互に形成し、電子および負イオンが支配的になるレジームの際に、電子および負イオンをコンタクトホール内に引きこませてコンタクトホール内の正電荷を中和するので、次に第１の高周波電源４８をオンにした際には、コンタクトホール１３３内の正電荷が少なく、正イオンはコンタクトホール１３３内を直進することが可能となり、エッチング形状を良好なものとすることができ、エッチングレートも高くすることができる。また、コンタクトホール１３３の底部に正電荷がたまらないので、シェーディングダメージも生じ難い。ただし、本実施形態では、第２の直流電源５２が存在しないので、電子および負イオンをコンタクトホール１３３内に引きこむ作用が存在せず、したがって、本実施形態よりも第２の実施形態のほうが効果が大きいものとなる。すなわち、第２の実施形態では、次世代ＨＡＲＣであるアスペクト比４０超のコンタクトホールを形成する場合に有効であるが、本実施形態では、アスペクト比２０程度のＨＡＲＣエッチングに有効である。
【０１０４】
本実施形態においても、プラズマオフの期間は、５０μｓｅｃ以下が好ましい。５０μｓｅｃを超えるとエッチングに寄与していない時間が長くなって効率が低下してしまう。
【０１０５】
また、本実施形態においても、第１の実施形態において図８で示したように、第１の直流電源５０からの直流電圧を、プラズマオンの期間にオフにし、プラズマオフの期間にオンにするようにしてもよい。さらに、第１の直流電源５０からの直流電圧の絶対値は、プラズマ生成に寄与しない範囲に限定される。
【０１０６】
本実施形態においても、第２段階においては、図２２に示すように、第１の高周波電源４８のオン・オフに同期して、バイアス印加用の第２の高周波電源９０をオン・オフすることが好ましい。第１の高周波電源４８をオフにしてプラズマが消滅している間に、第２の高周波電源９０が第１の出力であると、上記図１９に示すように、下部電極であるサセプタ１６上にかなりの厚さのプラズマシースが残存し、これが障壁となって、コンタクトホール１３３に到達する電子および負イオンの量が少ないものとなってしまう。このため、第１の高周波電源４８がオフでプラズマが消滅している期間は第２の高周波電源９０もオフにすることにより、上記図２０に示すように、電子および負イオンの障壁となるプラズマシースを完全になくすことができ、電子および負イオンをコンタクトホール１３３に十分に供給することができる。
【０１０７】
この図２２のシーケンスは、上記第１の実施形態の図５と同じである。すなわち、このようなシーケンスを採用することにより、コンタクトホール１３３内の正電荷を中和する効果およびシェーディングダメージを生じ難くする効果と、第１の実施形態におけるフォトレジスト膜等の有機膜を２次電子により改質して強化する効果の両方を発揮することができる。
【０１０８】
＜本発明の方法を実施可能な他のプラズマエッチング装置＞
次に、本発明の方法を実施可能な他のプラズマエッチング装置について説明する。図２３は、本発明のプラズマエッチング方法を実施可能な他のプラズマエッチング装置を示す概略断面図であり、上記第１の実施形態および第３の実施形態を実施するためのものである。
【０１０９】
このプラズマエッチング装置は、プラズマ生成用の高周波電力が上部電極に印加されるようになっている点が図１の装置とは異なっているが、他の構成については基本的に第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置と同様であるから、図２３において、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【０１１０】
図２３の装置においては、プラズマを生成するための第１の高周波電源４８′が第１の整合器４６′および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されている。第１の高周波電源４８′は、第１の実施形態の第１の高周波電源４８と同様の機能を有しており、その周波数は２７〜１００ＭＨｚの範囲が好ましい。第１の整合器４６′は、第１の高周波電源４８′の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８′の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第１の整合器４６′の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。また、可変直流電源５０も上記第１の整合器４６′および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されている。
【０１１１】
第１の整合器４６′は、図２４に示すように、第１の高周波電源４８′の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、第１の整合器４６′には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８′からの高周波電力（例えば４０ＭＨｚ）および第２の高周波電源９０からの高周波電力（例えば３ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、可変直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に流れる。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８′からの高周波電力および第２の高周波電源９０からの高周波電力がトラップされる。また、円筒状接地導体１０ａの天壁部分と給電棒４４との間には筒状の絶縁部材４４ａが設けられており、これにより給電棒４４と接地導体１０ａとが電気的に絶縁されている。
【０１１２】
上部電極３４には、第１の高周波電源４８′からの高周波電力（例えば４０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波電力（例えば３ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８′からの高周波電力（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源４８′からの高周波電力（例えば４０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。
【０１１３】
図２３のプラズマエッチング装置においても、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８′をオン・オフしてプラズマをオン・オフし、好ましくはこれに同期して第２の高周波電源９０をオン・オフし、第１の直流電源５０からの高周波電圧をプラズマオンの期間よりもプラズマオフの期間のほうが絶対値が大きくなるように印加する。これにより、上記第１の実施形態および第３の実施形態の効果を奏することができる。
【０１１４】
この図２３の装置では、上部電極３４にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給し、下部電極であるサセプタ１６にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給するので、プラズマの制御マージンを広くすることができ、また、上部電極３４に２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを生成することができる。
【０１１５】
ただし、このように上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加する場合には、上部電極近傍にプラズマが生成されるので、チャンバ１０内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件では、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることが比較的困難である。
【０１１６】
次に、本発明の方法を実施可能なさらに他のプラズマエッチング装置について説明する。図２５は、本発明のプラズマエッチング方法を実施可能な他のプラズマエッチング装置を示す概略断面図であり、上記第２の実施形態を実施するためのものである。
【０１１７】
このプラズマエッチング装置は、下部電極であるサセプタ１６に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２ａを介して第２の直流電源５２が、正極がサセプタ１６側になるように接続されており、下部電極であるサセプタ１６に正（プラス）の電圧を印加するようになっている点、およびこの第２の直流電源５２が電源コントローラ９５により制御されるようになっている点が図２３の装置に付加されており、それ以外は図２３の装置と同様に構成されている。
【０１１８】
図２５のプラズマエッチング装置は、図１０のプラズマエッチング装置と同様、プラズマ生成用の第１の高周波電源４８′をオン・オフしてプラズマをオン・オフし、そのオン・オフの両方の期間に第１の直流電源５０から上部電極３４へ負の直流電圧を印加するとともに、プラズマオフの期間に第２の直流電源５２から下部電極であるサセプタ１６へ正の直流電圧を印加する。これにより、プラズマオフの際にコンタクトホール内に負電荷粒子を確実に供給することができ、上記第２の実施形態の効果を有効に発揮することができる。
【０１１９】
また、この図２５の装置では、図２３の装置と同様、上部電極３４にプラズマ形成用の第１の高周波電力を供給し、下部電極であるサセプタ１６にイオン引き込み用の第２の高周波電力を供給するので、プラズマの制御マージンを広くすることができ、また、上部電極３４に２７ＭＨｚ以上の高い周波数領域の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを生成することができる。
【０１２０】
なお、上記いずれの実施形態においても、上記第１の高周波電力および第２の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第１の高周波電力としては、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚを挙げることができ、第２の高周波電力としては、４００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３ＭＨｚ、１３ＭＨｚ、１３．６ＭＨｚを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。
【０１２１】
＜本発明の他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、本発明を実施する装置は、上に例示したものに限らず、例えば高周波電源を下部電極にプラズマ生成用のもの一つ設けたものであってもよい。また、第２および第３の実施形態では、プラズマエッチングに際し、プラズマ生成用の高周波電力を連続して印加する第１段階と、上部電極３４に直流電圧を印加しつつプラズマ生成用高周波電力をオン・オフする第２段階とを行うようにしたが、第２段階のみを行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、プラズマエッチングの際に第１の直流電圧を印加したが、必須ではない。さらに、本発明が適用される被処理体としては、図３や図１１に示すものに限らず、例えばフォトレジストとエッチング対象膜との間に反射防止膜が介在されたものであってもよい。エッチング対象膜は典型的には酸化膜等の絶縁膜であるが、これに限るものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４６、４６′…第１の整合器
４８、４８′…第１の高周波電源
５０…第１の直流電源
５２…第２の直流電源
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８８…第２の整合器
９０…第２の高周波電源
９５…電源コントローラ
１００…制御部
１０２…記憶部
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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